CN104042642B - 一种灵芝孢子破壁工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灵芝孢子破壁方法，包括以下步骤：（1）对灵芝孢子进行预处理；所述预处理为：低温真空微波处理、紫外线辐射处理、超低温冷冻处理或稀碱处理中的一种；（2）将经过预处理的灵芝孢子进行气流粉碎，得到破壁灵芝孢子粉。本发明破壁方法采用预处理和气流粉碎相结合的处理方法，大大的提高了灵芝孢子的破壁率，而且灵芝孢子内部的营养物质不会受到高温或酸碱的破坏，营养物质得到了最大化的保留，实现了破壁率高和营养成分保存全面的有益效果。

Description

一种灵芝孢子破壁工艺

技术领域

本发明涉及一种灵芝孢子破壁工艺。

背景技术

灵芝孢子粉是灵芝在生长成熟期，从灵芝菌褶中弹射出来的极其微小的卵形生殖细胞，富含糖肽类、甾醇类、三萜类和生物碱类的营养成分，具有免疫调节，延缓衰老的作用。每个灵芝孢子只有4－6个微米，是活体生物体，具有双壁结构，被坚硬的几丁质纤维素所包围。孢子壁结构非常稳定，直接服用吸收率仅有10％，营养成分没有得到充分利用。

为了提高灵芝孢子的营养吸收利用率，通常需要对孢子壁进行破壁处理，而孢壁结构又具有独特的稳定性，所以需用先进的破壁技术进行处理，否则难以破壁。然而，灵芝孢子内的活性物质在破壁后又是十分容易受到外界环境影响的，尤其容易被高温、强酸强碱等破环。

国外有人采用高压气流法破壁，高压气流破壁不引入高温或强酸强碱的因素，对灵芝孢子中的营养成分破坏较少，但其设备的一次性投资大且易损坏，难以用于大规模的工业生产。国内有人采用酶法破壁，先用酒精浸泡3天，再用复合酶水解4天，破壁率达52％。该方法依然有48％的灵芝孢子未被破壁，灵芝孢子的利用率差强人意。

现有公开的专利方法也尝试了其它的破壁方法，但依然没有完全克服现有技术中的不足或缺陷。

中国专利CN103340909A公开了一种灵芝孢子粉的生物破壁方法，以无菌的灵芝孢子粉中加入蛹虫草进行固体发酵，使灵芝孢子粉破壁。利用可分泌几丁质酶的蛹虫草作为溶壁菌，可对灵芝孢子进行有效、安全的破壁，使灵芝孢子粉的活性物质得到最大程度低保留和保护，有利于人体吸收利用。但是其制备过程中需要经过长时间的发酵，而且发酵结束必须经过固液分离，干燥，才能得破壁后的灵芝孢子粉，工艺较为复杂，容易引入其它杂质，破坏灵芝孢子的营养成分。

中国专利CN102579513A公开了一种机械粉碎灵芝孢子的方法，精选灵芝孢子粉，添加20～80％的水，50℃干燥12h以上后，放入罐体，球料比2∶1～3∶1，球料占罐体的四分之三左右，球磨时间4～9h，大珠中珠小珠比例1∶1∶1，进行破壁处理，得破壁灵芝孢子粉，破壁率80％以上。该方法球磨效率一般，破壁率较低，球磨过程中对于营养成分的损失较大，且容易引入重金属元素。

总而言之，现有灵芝孢子破壁方式普遍存在破壁率不高，容易引入其它杂质的缺陷，或者破壁后灵芝孢子的营养成分遭到破坏的缺陷。破壁效率和产品的营养成分保留难以同时达到最佳，大大降低了灵芝孢子的功效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的灵芝孢子破壁方法所存在的破壁效率和产品的营养成分保留难以同时达到最佳的缺陷，提供一种全新的灵芝孢子破壁工艺。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种灵芝孢子破壁方法，包括以下步骤：

(1)对灵芝孢子进行预处理；所述预处理为：低温真空微波处理、紫外线辐射处理、超低温冷冻处理或稀碱处理中的一种。在预处理过程中仅增加灵芝孢子壁的脆性，并不会直接使灵芝孢子破壁。

(2)将经过预处理的灵芝孢子进行气流粉碎，得到破壁灵芝孢子粉。

本发明方法对灵芝孢子进行破壁处理时，先进行预处理，使灵芝孢子的几丁质纤维受到一定程度的破坏，增加孢子壁的脆性。在不影响灵芝孢子中营养成分的情况下，大大的提高了灵芝孢子在气流破碎中的破壁比率，将破壁率提升和营养成分的保护达到一致，提高了破壁灵芝孢子的营养价值。

进一步，还可以在步骤(1)对灵芝孢子预处理前，对灵芝孢子进行干燥处理。优选的，先对灵芝孢子含水量进行分析，然后再进行干燥处理。分析含水量对破壁率的影响，并对灵芝孢子预干燥。对样品进行干燥，对不同含水量的样品进行考察。含水量利用热重分析仪(TGA)测定。不同含水量对气流粉碎的破壁率有着不同的影响。优选的，对灵芝孢子干燥处理使含水量小于10％，优选小于5％。可以采用任意一种干燥方法进行干燥处理，以减少灵芝孢子中的水分含量，如：喷雾干燥、冻干干燥、真空干燥等。在干燥过程中同时研究分析，干燥方法对破壁率和营养成分的保留的影响，并可以通过电子显微镜检测粉碎过程灵芝孢子粉的结构变化。优选的，采用冷冻干燥的方法进行干燥处理，冷冻干燥处理的过程为低温环境，因此灵芝孢子中的营养物质不易受到破坏，且脱水效果好，故有利于提高最终产品灵芝孢子粉的营养价值。

进一步，所述低温真空微波处理是将灵芝孢子在真空条件下，微波处理10～30分钟。微波过程保持相对较低的环境温度，具体的所述低温为10～40℃。进一步，所述低温真空微波处理采用的5KW～20KW的微波装置进行微波处理，如20KW的微波装置。

低温真空微波处理有三大特点。其一，微波处理过程中向灵芝孢子辐射能量，可能导致孢子温度上升，甚至出现局部温度超过孢子最大耐受温度的情况，使营养物质遭到严重破坏，低温环境有效的克服了微波对灵芝孢子的加热作用产生的热破坏，保持营养物质的不流失。其二，微波处理是通过水分子的振动使几丁质纤维素断裂从而提高灵芝孢子壁的脆性，且能够避免营养物质的流失及破坏。其三，真空环境下进行微波处理可以避免空气中活性因子(如氧气)对灵芝孢子中的营养成分的影响，真空环境还可以进一步的提高微波处理的增加孢子壁脆性的效果。

所述真空条件是物料的微波处理过程中，内部环境压力小于大气压力。优选的，真空度为-0.1MPa～-0.06MPa，如真空度为-0.073MPa～-0.08MPa的范围内预处理的效果是比较优良的。在低温真空环境下进行微波处理，真空防止细菌等微生物的污染，提高灵芝孢子粉的营养价值。

进一步，所述紫外线辐照处理，是将灵芝孢子平铺展开，用500～2000W的紫外灯辐射处理10～30分钟，使得孢子壁中的几丁质材质中的酰胺键吸收能量后断裂更易于后续的气流粉碎破壁处理。最好是将灵芝孢子铺平展开，然后再用紫外灯辐射处理。优选的，紫外灯照射过程中，采用波长240～270nm的紫外灯光源。此波长范围内的紫外光具有能量适宜的特点，在其作用下灵芝孢子壁表面的酰胺键断裂速度，断裂比例高。

优选的，紫外灯光源距离孢子粉的距离为10～30cm，在适宜的距离内进行紫外光波处理，保证灵芝孢子的各面受到的辐照量相当，避免局部吸能过多。最优选光源距离孢子粉的距离为20～22cm。

进一步，所述超低温冷冻处理是将灵芝孢子浸入液氮中，冷冻5～120分钟，取出后室温静置2～24小时。重复以上操作数次，即重复进行浸入和取出静置处理数次。利用液氮超低温的特点，使灵芝孢子壁在超低温的液氮中淬冷，使孢子降温至极低点，然后缓慢升温至室温。这个过程中由于温差作用，灵芝孢子壁产生应力破坏，最终出现了脆化断裂的裂痕。在不破坏孢子中的营养物质、不引用其它杂质的前提下，灵芝孢子的壳体脆性增加，提高了后续气流破壁过程中孢子的破壁率。优选的，重复液氮冷冻室温升温处理1～7次，可有效降低灵芝孢子壁的强度，最优选反复液氨冷冻处理2～4次。

进一步，所述稀碱处理是指将灵芝孢子，将灵芝孢子放入稀碱溶液中浸泡处理，所述稀碱溶液是氢氧根离子的摩尔浓度小于等于0.3M的稀碱溶液。M为摩尔浓度，1M＝1mol/L。所述稀碱处理是指氢氧根离子摩尔浓度小于等于0.3mol/L，如0.3mol/L氢氧化钠水溶液。优选，将灵芝孢子在0.05M～0.2M的氢氧化钠中浸泡1小时～4天时，然后过滤烘干。优选，将灵芝孢子在稀碱中浸泡1-12小时。更优选，浸泡1～5小时。

最优选，使用0.07M～0.15M的氢氧化钠溶液浸泡处理。实验发现当采用优选的氢氧化钠溶液浸泡1～5小时后，孢子壁变薄约50％，且三萜和多糖基本没有损失。稀碱溶液浸泡处理过程还可以用氢氧化钾代替氢氧化钠作配制碱液。稀碱溶液处理属于化学处理，稀碱溶液本身是无挥发毒性或重金属毒性的，处理完成后过滤烘干可得无毒的产物。采用无毒处理方式让稀碱溶液改变纤维素的结构，降低强度增加其脆性，起到显著提升破壁率的效果。

总而言之，步骤(1)采用物理方法或化学方法对灵芝孢子进行预处理。利用无毒的物理和化学处理方式对孢子壁进行处理，适当的调整孢子壁的物理特质，降低孢子壁强度，提高脆性，提升后续破壁率，保证营养成分不流失。进一步，结合前期对灵芝孢子的受力分析模型模拟结果，讨论在高速气流中进行破壁时不同处理方法对孢子壁的强度的影响规律以及对破壁率的影响。

进一步，步骤(2)中粉碎处理采用的是气流粉碎处理，气流粉碎的压力为0.4～2MPa，气流压力大于0.4MPa时，才能够有效破壁，继续提高气流粉碎的压力，破壁率提高，但超过2MPa的压力后，气流粉碎过程的能量消耗直线上升，气流粉碎的成本大大增加，且破壁率略为下降。优选的，0.5～1.5MPa的气流粉碎压力效果更佳，破壁率和营养成分的稳定性达到较好的平衡。最优选1.2MPa的气流粉碎压力，气流粉碎破壁率和营养成分的稳定性达到最佳。优选的，气流粉碎在低温环境下进行粉碎，所述低温环境中，温度低于5℃，优选0℃以下，最优选-5℃。气流粉碎过程温度降低，破壁释放出来的营养物质稳定性更好。气流粉碎时间为10～30分钟，优选20～25分钟。

进一步，在必要的情况下，还可以将所述预处理方法进行组合使用，如从低温真空微波处理、紫外线辐射处理、超低温冷冻处理和稀碱处理中的选择两种方法经过两步预处理提高孢子壁脆性，加快破壁速度。如先对物料进行低温真空微波处理，再将物料用紫外灯辐照处理，最后进行气流粉碎。

与现有技术相比，本发明的有益效果：采用预处理和气流粉碎相结合的处理方法，大大的提高了灵芝孢子的破壁率，而且灵芝孢子内部的营养物质不会受到高温或酸碱的破坏，营养物质得到了最大化的保留，实现了破壁率高和营养成分保存全面的有益效果。

附图说明：

图1为未破壁的灵芝孢子。

图2为低温真空微波处理20分钟的灵芝孢子。

图3为低温真空微波处理后气流粉碎的灵芝孢子粉。

图4为紫外线辐射处理20分钟的灵芝孢子。

图5为液氮处理3个循环后的灵芝孢子。

图6为0.1M碱液处理2h后的灵芝孢子。

图7为0.2M碱液处理24h后的灵芝孢子。

图8为对比例1分组D103灵芝孢子经6次气流粉碎后状况。

图9为对比例1分组D102灵芝孢子经6次气流粉碎后状况。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。本发明中未特别说明的百分比均为重量百分比。

灵芝孢子粉一般检测法

灵芝孢子粉为棕褐色粉状物，外观极其细腻，因为破壁后会有孢子油渗出，造成陀结块现状。用母指和食指轻轻磋摸，有光滑细腻感，无粘连、无沙砾等异物的感觉，即为优质纯正孢子粉，否则为低品质灵芝孢子粉。优质灵芝孢子粉口感醇正，有回甜香味，而低质量的孢子粉用口尝试有明显苦味。

具体评价原则，以下原则均以1～10分打分评估，1分为品质极差，10分为品质最好的。

1、闻气味：每年产新的灵芝孢子粉都明显有干果清香(杏香)味；陈粉或变质粉有闷猪油味、酸味、霉味。

2、看颜色：灵芝孢子粉颜色应该为深棕褐色，颜色过深很可能已经变质，颜色过浅很可能不是纯灵芝孢子粉或者破壁率不高。

3、尝口感：不沙牙。灵芝主要功效成分灵芝三萜是一种苦味的物质，也可依此判断灵芝孢子粉的纯度及有效成分含量。但如果特别苦并有涩的味道，很可能加了灵芝微粉(灵芝子实体磨成的粉)，不纯所致。

4、试手感：细腻、光滑，破壁孢子粉因为含有油份，所以容易粘连成小块，但用手一搓就散开。

实施例1

电子显微镜分析未经任何处理的灵芝孢子，结果如图1所示。取灵芝孢子分析其含水量，约为10％，分别采用喷雾干燥、冻干干燥、真空干燥等方法处理，得到含水量5％～9％不等多种灵芝孢子，为孢子破壁做准备工作。经检测，原料灵芝孢子(未破壁)中灵芝多糖含量3.32％，灵芝三萜含量1.12％。

实施例2

取灵芝孢子，分析测定灵芝孢子的含水量10％，冷冻干燥至含水量5％。对灵芝孢子低温真空微波处理，温度5～50℃，微波功率500～1000W，处理时长10分钟到1小时不等。将经过预处理的灵芝孢子进行气流粉碎，气流粉碎压强0.5～2MPa，循环20分钟，得到破壁灵芝孢子粉。孢子粉颜色为酱褐色，口感细腻，味道微苦，冲水后苦味可以忽略。电子显微镜分析，本实施例2中分组204的低温真空微波预处理20分钟后的灵芝孢子电子显微镜分析结果，如图2所示。实施例2中分组203的灵芝孢子破壁后，电子显微镜分析，结果如图3所示。实施例2分组实验参数如表1所示，打分结果如表2所示。

表1

打分结果如下：

表2

分组	气味	颜色	口感	手感	总分	破壁率	灵芝多糖	灵芝三萜
									201	8	9	9	7	33	71.34％	4.29％	2.08％
202	7	8	8	8	31	83.48％	4.32％	2.16％
									203	8	8	8	8	32	96.76％	4.41％	2.25％
204	7	8	9	9	33	86.85％	4.35％	2.19％
									205	9	9	10	10	38	80.16％	4.31％	2.13％

总体而言，经过低温真空微波处理预处理后，灵芝孢子破壁率良好，营养成分的保留也很好，多糖和三萜类均较未破壁的灵芝孢子含量高。

实施例3

取经过实施例1处理的灵芝孢子(含水量5％～10％)，用500～2000W的紫外灯进行照射，总共辐照处理10～30分钟。紫外光波长为240～270nm。紫外灯光源距离孢子粉的距离为10～30cm。实施例3中分组302，经紫外光照料处理后的灵芝孢子电子显微镜分析结果如图4所示。将经过预处理的灵芝孢子进行气流粉碎，气流粉碎压强1～2MPa，循环25分钟后，得到破壁灵芝孢子粉。实施例3分组实验参数如表3所示。打分结果如表4所示。

表3

打分结果如下：

表4

分组	气味	颜色	口感	手感	总分	破壁率	灵芝多糖	灵芝三萜
									301	9	8	8	10	35	75.74％	4.30％	2.11％
302	8	9	10	9	36	78.54％	4.34％	2.14％
									303	9	9	9	9	36	86.12％	4.49％	2.16％
304	8	10	10	10	38	97.36％	4.57％	2.29％
									305	7	10	9	9	35	90.97％	4.51％	2.20％

经过紫外线辐射预处理后，灵芝孢子营养成分在破壁过程中受到较少的破坏，多糖和三萜类均较未破壁的灵芝孢子含量明显提高。

实施例4

取含水量5～10％的灵芝孢子，部分含量水量为10％的灵芝孢子是未经脱水处理的灵芝孢子。将上述灵芝孢子浸入液氮中冷冻5～120分钟，取出后室温静置2～24小时，所述液氮温度-175℃。反复进行浸入和取出室温静置处理数次。将经过预处理的灵芝孢子进行气流粉碎，气流粉碎压强1～2MPa，循环30分钟，得到破壁灵芝孢子粉。其中实施例4分组403，处理后的灵芝孢子电子显微镜下，结构如图5所示。施例4分组实验参数如表5所示。打分结果如表6所示。

表5

打分结果如下：

表6

分组	气味	颜色	口感	手感	总分	破壁率	灵芝多糖	灵芝三萜
									401	9	10	10	9	38	98.13％	4.46％	2.37％
402	9	8	8	8	33	72.35％	4.23％	2.24％
									403	10	9	10	10	39	78.87％	4.29％	2.25％
404	10	9	9	8	36	83.76％	4.35％	2.28％
									405	9	9	8	8	34	90.24％	4.40％	2.34％

实施例5

取含水量5～10％的灵芝孢子，放入稀碱溶液中浸泡处理，所述稀碱溶液是摩尔浓度小于0.3M的稀碱溶液。浸泡时间1小时～4天，然后过滤烘干。其中实施例5分组503、504,稀碱预处理后的灵芝孢子电子显微镜分析结果，如图6、7所示。将经过预处理的灵芝孢子进行气流粉碎，气流粉碎压强1～2MPa，循环10-30分钟后，得到破壁灵芝孢子粉。施例5分组实验参数如表7所示。打分结果如表8所示。

表7

分组	稀碱浓度(M)	时间	气流粉碎压强(MPa)	循环时间(min)
					501	0.07	1h	1	30
502	0.3	2h	2	15
					503	0.1	5h	2	10
504	0.2	2d	2	20
					505	0.2	4d	1	15

打分结果如下：

表8

分组	气味	颜色	口感	手感	总分	破壁率	灵芝多糖	灵芝三萜
									501	10	9	10	10	39	57.33％	3.66％	1.68％
502	10	10	9	9	38	72.48％	4.03％	2.09％
									503	10	8	9	9	36	85.59％	4.45％	2.26％
504	9	9	10	9	37	94.86％	4.58％	2.37％
									505	9	9	10	8	36	98.73％	4.62％	2.41％

当采用优选的氢氧化钠溶液浸泡1～5小时后，孢子壁变薄约50％，且三萜和多糖基本没有损失。稀碱溶液浸泡处理过程还可以用氢氧化钾代替氢氧化钠作为溶质，配制碱性溶液。稀碱溶液处理属于化学处理，稀碱溶液本身是无挥发毒性或重金属毒性的，处理完成后过滤烘干可得无毒的产物。采用无毒处理方式让稀碱溶液改变纤维素的结构，降低强度，增加其脆性，起到对破壁率的显著提升的效果，且不破坏灵芝孢子中的营养成分含量。

对比例1

取实施例1制备的含水量为5％～9％的灵芝孢子粉，不经过预处理，直接进行气流粉碎处理。气流粉碎的压力为0.7～2MPa，气流粉碎率开启内循环，将未被破壁的灵芝孢子粉回收后再将破碎处理，循环一段时间后，将全部气流粉碎材料混合统计其破壁率变化。图8为D103分组气流粉碎循环30分钟后，灵芝孢子的破壁状况。图9为D102气流粉碎循环60分钟后，灵芝孢子的破壁状况。分组试验的参数如表9所示。

表9.灵芝孢子气流破壁率变化表

可见，未经预处理的灵芝孢子直接用气流粉碎破壁时，破壁效果很差，经过60分钟的连续循环气流粉碎，破壁率仅为20％左右。且随着循环时间的增加，重复气流破壁的增长率并不太理想，而能耗却成倍增加，最重要的是长时间循环破壁过程中营养物质会遭到破坏。可见连续循环气流粉碎的能耗比较大，能耗增加明显，电量消耗增长在40％～60％之间。

将循环气流粉碎60分钟后的灵芝孢子粉，按上述的评分标准进行打分评判，结果如表10所示。同时，取D101-D105组未经表面处理，而直接循环粉碎60分钟后的灵芝孢子粉，进行营养成分分析，结果也统计于表10中。

表10.直接气流粉碎的灵芝孢子粉

分组	气味	颜色	口感	手感	总分	破壁率	灵芝多糖	灵芝三萜
									D101	7	5	6	3	21	20.53％	3.38％	1.19％
D102	8	8	4	4	24	19.75％	3.39％	1.20％
									D103	7	5	4	3	19	20.14％	3.34％	1.15％
D104	6	5	5	2	18	21.23％	3.42％	1.23％
									D105	7	6	3	4	20	20.35％	3.40％	1.18％

从表10可见直接气流粉碎的灵芝孢子粉末，评分远远低于经过预处理的灵芝孢子粉末，证明本发明在感观上取得了更佳的效果。

已知，原料灵芝孢子(未破壁)中灵芝多糖含量为3.32％，灵芝三萜含量为1.12％。可见直接进行60分钟气流粉碎处理的灵芝孢子，破壁后的三萜和多糖含量基本没有增加，但是长时间气流粉碎却使得能耗大大增加。而且，经过在长时间气流粉碎，还容易造成其它营养成分的破坏变质。所以，无论从营养成分的保留的角度，还是从能耗的角度而言，本发明方法都是明显优于直接气流粉碎的。

Claims (4)

1.一种灵芝孢子破壁方法，包括以下步骤：

（1）对灵芝孢子进行预处理；所述预处理为：低温真空微波处理、紫外线辐射处理、超低温冷冻处理或稀碱处理中的一种；

所述低温真空微波处理是：将灵芝孢子在真空条件下，微波处理10～30分钟，其中，低温为10～40℃，所述低温真空微波处理是采用的功率为5KW～20KW的微波装置进行微波处理，真空度为-0.1MPa～-0.06MPa；

所述紫外线辐射处理是：将灵芝孢子平铺展开，用500～2000W的紫外灯辐射处理10～30分钟，紫外线波长为240～270nm；

所述超低温冷冻处理是：将灵芝孢子浸入液氮中冷冻5～120分钟，取出，室温静置2～24小时，重复进行浸入和取出静置处理数次；

所述稀碱处理是指：将灵芝孢子在稀碱溶液中浸泡处理，所述稀碱溶液是氢氧根离子摩尔浓度小于0.3M的稀碱溶液；

（2）将经过预处理的灵芝孢子进行气流粉碎，得到破壁灵芝孢子粉，气流粉碎的压力为0.4～2MPa。

2.如权利要求1所述灵芝孢子破壁方法，其特征在于，在步骤（1）对灵芝孢子预处理前，对灵芝孢子进行干燥处理。

3.如权利要求2所述灵芝孢子破壁方法，其特征在于，先对灵芝孢子含水量进行分析，然后再进行干燥处理。

4.如权利要求1所述灵芝孢子破壁方法，其特征在于，步骤（2）中气流粉碎处理中，气流粉碎的压力为0.5～1.5MPa。